Дмитрий Чернов

Дмитрий Чернов — русский металлург, учёный и изобретатель, основоположник современной металлографии и теории термической обработки стали. Родился 1 ноября 1839 года в Санкт-Петербурге, умер 2 января 1921 года в Ялте. Чернов внёс фундаментальный вклад в понимание фазовых превращений в стали, открыв критические точки (точки Чернова), которые определяют структуру и свойства сплава при нагреве и охлаждении. Его работы легли в основу научного подхода к закалке, отпуску и цементации стали, что позволило перейти от ремесленных методов к инженерному расчёту в металлургии.

Биография

Ранние годы и образование

Дмитрий Константинович Чернов родился в семье фельдшера. В 1858 году окончил Санкт-Петербургский практический технологический институт (ныне Санкт-Петербургский государственный технологический институт), получив специальность инженера-технолога по механическому делу. После окончания института работал на различных промышленных предприятиях, в том числе на Александровском чугунолитейном заводе в Санкт-Петербурге.

Работа на Обуховском заводе

С 1866 года Чернов начал работать на Обуховском сталелитейном заводе (ныне «Обуховский завод»), где занимался производством артиллерийских орудий. В то время завод испытывал серьёзные проблемы с качеством стали: стволы орудий часто давали трещины при закалке или разрушались при стрельбе. Чернов, не имея специального металлургического образования, начал систематически изучать процессы, происходящие в стали при нагреве и охлаждении. Он проводил многочисленные опыты, анализируя микроструктуру образцов с помощью микроскопа.

Открытие критических точек

В 1868 году Чернов опубликовал статью «Критический обзор трудов гг. Лаваля и Шварца о стали и стальных орудиях и собственные исследования Д. К. Чернова», в которой впервые сформулировал понятие о критических точках стали. Он установил, что при нагреве стали до определённых температур (около 700–750 °C для углеродистых сталей) происходит фазовое превращение, после которого сталь приобретает способность к закалке. Эти точки получили названия «точка A₁» (нижняя критическая точка) и «точка A₃» (верхняя критическая точка). Позднее были открыты и другие точки, в том числе «точка A₂» (магнитное превращение) и «точка M» (мартенситное превращение).

Дальнейшая карьера

В 1880 году Чернов перешёл на работу в Морское министерство, где занимался вопросами кораблестроения и металлургии. В 1886 году он был избран профессором Михайловской артиллерийской академии, где читал лекции по металлургии. В 1889 году стал членом-корреспондентом Петербургской академии наук. В 1916 году, в возрасте 77 лет, Чернов был избран почётным членом Русского металлургического общества. После революции 1917 года он остался в России, но из-за ухудшения здоровья переехал в Ялту, где скончался в 1921 году.

Научные достижения

Критические точки Чернова

Основным открытием Чернова стало установление фазовых превращений в стали. Он показал, что при нагреве до температуры ниже критической точки сталь не претерпевает структурных изменений и не может быть закалена. При нагреве выше критической точки происходит перекристаллизация: аустенит (твёрдый раствор углерода в γ-железе) превращается в мартенсит при быстром охлаждении, что придаёт стали высокую твёрдость. Чернов также ввёл понятие «критический интервал» — диапазон температур, в котором происходят эти превращения.

Теория закалки и отпуска

Чернов разработал научные основы термической обработки стали. Он предложил:

• Закалку — нагрев стали выше критической точки с последующим быстрым охлаждением (в воде, масле или на воздухе) для получения мартенситной структуры.
• Отпуск — повторный нагрев закалённой стали до температуры ниже критической точки (обычно 150–600 °C) для снижения хрупкости и повышения пластичности.
• Нормализацию — нагрев выше критической точки с последующим охлаждением на воздухе для получения мелкозернистой структуры.

Эти методы стали основой современной термообработки и применяются до сих пор.

Металлография

Чернов одним из первых начал систематически использовать микроскоп для изучения структуры металлов. Он разработал методы приготовления шлифов (образцов для микроскопического анализа) и травления для выявления структуры. Его работы заложили основы металлографии — науки о структуре металлов и сплавов.

Влияние на артиллерию

Благодаря открытиям Чернова на Обуховском заводе удалось наладить производство стальных орудийных стволов, выдерживающих высокие давления. Это позволило России перейти от чугунных и бронзовых орудий к стальным, что значительно повысило дальность и точность стрельбы. В частности, стволы для 12-дюймовых орудий, изготовленные по технологии Чернова, успешно прошли испытания и были приняты на вооружение.

Классификация и терминология

Точки Чернова

В современной металлургии точки Чернова обозначаются следующим образом:

• A₁ — нижняя критическая точка (эвтектоидное превращение). При нагреве до этой температуры перлит превращается в аустенит.
• A₃ — верхняя критическая точка (для доэвтектоидных сталей). При нагреве выше этой температуры весь феррит превращается в аустенит.
• A₂ — точка Кюри (магнитное превращение). При нагреве выше этой температуры сталь теряет ферромагнитные свойства.
• M — точка начала мартенситного превращения (при охлаждении).

Типы термической обработки

Чернов выделил три основных типа термической обработки:

1. Отжиг — нагрев до температуры выше критической точки с медленным охлаждением (в печи). Применяется для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости.
2. Закалка — нагрев выше критической точки с быстрым охлаждением. Применяется для повышения твёрдости и прочности.
3. Отпуск — нагрев до температуры ниже критической точки с последующим охлаждением. Применяется для снижения хрупкости и регулирования механических свойств.

Применение и значение

В металлургии

Открытия Чернова стали основой для разработки легированных сталей, термообработки инструментальных и конструкционных сталей, а также для создания новых технологий сварки и литья. Без его работ невозможно было бы создание современных автомобилей, самолётов, мостов и зданий, где требуется высокая прочность и надёжность металла.

В образовании

Чернов читал лекции в Михайловской артиллерийской академии и других учебных заведениях. Его учебники и статьи по металлургии стали классическими и использовались в России и за рубежом. Он воспитал целое поколение металлургов, в том числе таких выдающихся учёных, как Н. С. Курнаков и А. А. Байков.

В науке

Чернов считается одним из основоположников физического металловедения. Его идеи о фазовых превращениях предвосхитили работы немецкого учёного Адольфа Мартенса и французского — Флориса Осмонда. В честь Чернова названы:

• Кратер Чернов на обратной стороне Луны.
• Улица Чернова в Санкт-Петербурге.
• Медаль имени Д. К. Чернова, присуждаемая за выдающиеся достижения в металлургии.

Критика и оценка

Современники Чернова, в том числе Д. И. Менделеев, высоко оценили его работы. Менделеев писал: «Чернов сделал для металлургии то же, что Лавуазье для химии». Однако некоторые западные учёные, в частности немецкий металлург А. Мартенс, оспаривали приоритет Чернова, утверждая, что критические точки были открыты ранее. Впоследствии историки науки подтвердили, что Чернов первым дал точное описание фазовых превращений и их практическое применение. В советское время его наследие активно популяризировалось, а в постсоветской России интерес к его работам сохраняется в профессиональной среде.

Интересные факты

• Чернов никогда не имел высшего образования — он окончил только технологический институт, который приравнивался к среднему специальному учебному заведению. Тем не менее, он стал членом-корреспондентом Академии наук.
• Он был страстным коллекционером минералов и металлов. Его коллекция насчитывала более 2000 образцов.
• В 1916 году, в возрасте 77 лет, Чернов лично участвовал в испытаниях новых орудийных стволов на полигоне.
• Его имя носит один из кратеров на Луне, что является редкой честью для инженера-металлурга.
• Чернов был убеждённым монархистом и после революции 1917 года отказался эмигрировать, несмотря на предложения из-за границы.

Источники

• Чернов Д. К. «Критический обзор трудов гг. Лаваля и Шварца о стали и стальных орудиях и собственные исследования Д. К. Чернова» (1868).
• Гуляев А. П. «Металловедение» (учебник, 6-е издание, 1986).
• Бочвар А. А. «Дмитрий Константинович Чернов. Жизнь и деятельность» (1950).
• «История отечественной металлургии» (сборник статей, 2010).
• Материалы Музея истории Обуховского завода.